[发明专利]动态高分辨光学波前相位测量方法

权利要求书

1.一种基于动态高分辨光学波前相位测量装置测量被测光学球面元件面形的方法，其特征在于：

其采用的动态高分辨光学波前相位测量装置，包括主动光源、分光镜(4)、校准镜(9)、标准镜头(10)、辅助标准平面镜(13)、探测器(7)和计算机(8)；

系统本底波前误差标定时，校准镜(9)设置在主动光源的出射光束经分光镜(4)反射后的反射光束光路上；

测试时，标准镜头(10)和辅助标准平面镜(13)设置在主动光源的出射光束经分光镜(4)反射后的反射光束光路上；

探测器(7)设置在从被测光学球面元件(11)或被测光学系统(12)返回的光束，经标准镜头(10)后再次入射至分光镜(4)后被分光镜(4)透射的透射光束光路上；

还包括设置在探测器(7)、分光镜(4)之间的混合调制光栅(6)和吸收体(5)；

所述混合调制光栅(6)用于对入射至其表面的光场进行振幅和相位调制，其透光部分总面积是不透光部分总面积的2倍，透光部分对入射至其表面的光场按相位0和π进行相位调制；所述相位0和π呈棋盘式交替分布；

所述主动光源的出射光束经分光镜(4)透射后的透射光束光路上，设置有吸收体(5)；

所述探测器(7)用于采集经混合调制光栅(6)调制后的光场图像；

所述计算机(8)用于对探测器(7)采集到的光场图像进行处理，获取被测光学球面元件(11)的面形，或者被测光学系统(12)的波像差；

所述测量被测光学球面元件面形的方法包括以下步骤：

1)系统本底波前误差标定：

1.1)将校准镜(9)置入测试光路中，利用探测器(7)获取被混合调制光栅(6)调制后的光场图像；

1.2)对图像进行数据处理：

1.2.1)对探测器(7)获取的图像进行快速傅里叶变换获取频谱图；

1.2.2)分别使用频域滤波窗函数提取出正交方向的两个正一级频谱，频域滤波窗函数采用Hamming函数，其满足：

式中：(x₀,y₀)为正一级频谱中心位置坐标，(x,y)为正一级频谱x和y方向的坐标；

1.2.3)对提取出的正一级频谱利用逆傅里叶变换计算，得到x，y方向的差分波前和

1.2.4)将x，y方向差分波前和代入有限差分模型即下述公式中可计算得到系统本底波前误差

式中，sh为横向剪切量；

2)光学球面元件面形测量：

2.1)从测试光路中移除校准镜(9)，将标准镜头(10)和被测光学球面元件(11)置入测试光路中，保证标准镜头(10)的焦点和被测光学球面元件(11)的球心重合，利用探测器(7)获取被混合调制光栅(6)调制后的光场图像；

2.2)按照所述步骤1.2)的方法，计算波前测量结果

2.2.1)对探测器(7)获取的图像进行快速傅里叶变换获取频谱图；

2.2.2)分别使用频域滤波窗函数提取出正交方向的两个正一级频谱，频域滤波窗函数采用Hamming函数，其满足：

式中：(x₀,y₀)为正一级频谱中心位置坐标，(x,y)为正一级频谱x和y方向的坐标；

2.2.3)对提取出的正一级频谱利用逆傅里叶变换计算，得到x，y方向的差分波前和

2.2.4)将x，y方向差分波前和代入有限差分模型即下述公式中可计算得到波前测量结果

式中，sh为横向剪切量；

2.3)计算被测光学球面元件(11)的面形为：

2.根据权利要求1所述的基于动态高分辨光学波前相位测量装置测量被测光学球面元件面形的方法，其特征在于：所述主动光源与分光镜(4)之间设置有平面反射镜(3)。

3.根据权利要求2所述的动态高分辨光学波前相位测量装置测量被测光学球面元件面形的方法，其特征在于：所述主动光源包括激光器(1)和准直镜(2)。